信道均衡器

FIR::Finite Impulse Response 有限冲激响应

信道估计和均衡基本概念

传输层组成信道均衡是宽带系统区别与窄带系统的一个明显特征

信道均衡的原因•地面无线广播传输信道中(主要是VHF和UHF频段)是一个复杂的时变频率选择性衰落信道

多径干扰（100us对应30公里）

多普勒效应（100Hz)

•均衡器产生与信道多径相反的特性，抵消信道的时变多径传播特性引起的码间干扰

•信道是时变的，要求均衡器的特性能够自动适应信道的变化而均衡，故称自适应均衡。

•信道估计: 估计信道函数的过程

•信道均衡: 使用得到的信道估计来补偿信道的过程

均衡器的分类•均衡处理方法

时域均衡器：单载波数字通信中多采用时域均衡器，从时域的冲激响应考虑

正交频分复用OFDM调制：采用频域均衡•是否使用训练序列或导频

DA（数据辅助）

DD（判决指向）

NDA（盲均衡）：需要在接收到足够多的数据情况下才能得到一个可靠的估计

导频或训练序列的插入地面数字电视一般使用DA方式信道估计和均衡

•多径衰落信道可以看成是在时间和频率上的一个二维信号

•训练序列时域的间隔取决于信道的相关时间

•训练序列频域的间隔取决于相关带宽

•训练序列对信道在时-频空间的不同点上进行采样，利用采样插值即可得到整个信道的频率响应值

时域均衡器

•均衡器的输出是否用于反馈控制

线性均衡器：输出未被用于反馈控制

非线性均衡器：输出用于反馈，如判决反馈均衡器（DFE－decision Feedback Equalizer）

•线性均衡器

如何求解线性均衡器系数Cj ?•常用的优化均衡器系数的准则

迫零准则: 信道逆滤波器

均衡技术

带均衡器的数字通信系统的等效模型

理论和实践证明，在数字通信系统中插入一种可调滤波器可以校正和补偿系统特性，减少码间干扰的影响。这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。

均衡技术-基本原理

均衡器通常是用滤波器来实现的，使用滤波器来补偿失真的脉冲，判决器得到的解调输出样本，是经过均衡器修正过的或者清除了码间干扰之后的样本。自适应均衡器直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益，因而能适应信道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的状态，从而有更好的失真补偿性能。

工作模式

自适应均衡器一般包含两种工作模式，即训练模式和跟踪模式。首先，发射机发射一个己知的定长的训练序列，以便接收机处的均衡器可以做出正确的设置。典型的训练序列是一个二进制伪随机信号或是一串预先指定的数据位，而紧跟在训练序列后被传送的是用户数据。接收机处的均衡器将通过递归算法来评估信道特性，并且修正滤波器系数以对信道做出补偿。在设计训练序列时，要求做到即使在最差的信道条件下，均衡器也能通过这个训练序列获得正确的滤波系数。这样就可以在收到训练序列后，使得均衡器的滤波系数已经接近于最佳值。而在接收数据时，均衡器的自适应算法就可以跟踪不断变化的信道，自适应均衡器将不断改变其滤波特性。

过程

均衡器从调整参数至形成收敛，整个过程是均衡器算法、结构和通信变化率的函数。为了能有效的消除码间干扰，均衡器需要周期性的做重复训练。在数字通信系统中用户数据是被分为若干段并被放在相应的时间段中传送的，每当收到新的时间段，均衡器将用同样的训练序列进行修正。均衡器一般被放在接收机的基带或中频部分实现，基带包络的复数表达式可以描述带通信号波形，所以信道响应、解调信号和自适应算法通常都可以在基带部分被仿真和实现。

均衡技术-结构分类

均衡技术可以分为两大类：线性和非线性均衡。这些种类是由自适应均衡器的输出接下来是如何控制均衡器来划分的。判决器决定了接收数字信号比特的值并应用门限电平来决定d(r)的值。如果d(r)没用在反馈路径中调整均衡器，均衡器就是线性的。另一方面，如果d(r)反馈回来调整均衡器，则为非线性均衡。线性均衡器包括线性横向均衡器、线性格型均衡器等等，非线性均衡器包括判决反馈均衡器、最大似然序列均衡器等等，在这里主要介绍实际中应用较广的线性横向均衡器、线性格型均衡器、判决反馈均衡器及分数间隔均衡器。按照抽样间隔的不同，均衡器还可以分为码元间隔均衡器和分数间隔均衡器。实际中码元间隔均衡器使用比较多，但是性能上却不如分数间隔均衡器的好。

1. 线性横向均衡器(LTE)

线性横向均衡器是自适应均衡方案中最简单的形式，它的基本框图如图所示。图中，输入信号的将来值、当前值及过去值，均被均衡器时变抽头系数进行线性加权求和后得到输出，然后根据输出值和理想值之间的差别按照一定的自适应算法调整滤波器抽头系数。在实际应用中，期望信号d(n)是未知的，否则也就失去了通信的意义。为使参数调整得以顺利进行，一种折中的方法是把由输出信号Y(n)进行判决所得的估计信号d(n)作为期望信号。事实上，在这种情况下，整个数字均衡器已经成了一个非线性系统，因为其收敛特性的分析是相当繁难的。但是在信道畸变不是异乎寻常的严重的情况下，其收敛性是可以得到保证的。

线性横向均衡器最大的优点就在于其结构非常简单，容易实现，因此在各种数字通信系统中得到了广泛的应用。但是其结构决定了两个难以克服的缺点：

其一就是噪声的增强会使线性横向均衡器无法均衡具有深度零点的信道——为了补偿信道的深度零点，线性横向均衡器必须有高增益的频率响应，然而同时无法避免的也会放大噪声；

另一个问题是线性横向均衡器与接收信号的幅度信息关系密切，而幅度会随着多径衰落信道中相邻码元的改变而改变，因此滤波器抽头系数的调整不是独立的。

由于以上两点线性横向均衡器在畸变严重的信道和低信噪比(SNR)环境中性能较差，而且均衡器的抽头调整相互影响，从而需要更多的抽头数目。